メタプログラミング

メタプログラミング (英語えいご: metaprogramming) とはプログラミング技法ぎほうの一種いっしゅで、一般いっぱんに「プログラムを記述きじゅつするプログラム」を書かくこと、またはそのプログラムを指さす。対象たいしょう言語げんごに埋うめ込こまれたマクロ言語げんごによって行おこなわれることもある。

概要がいよう

一般いっぱんに、スクリプト言語げんごはメタプログラミングが得意とくいだとされている。コンパイル型がた言語げんごは実行じっこう前まえにソースコードを一括いっかつで変換へんかんするという特性とくせい上じょう、翻訳ほんやくと実行じっこうを繰くり返かえすスクリプト言語げんごよりも実行じっこう時じの割わり込こみや変換へんかんの自由じゆう度どが低ひくい。

代表だいひょう的てきなメタプログラミングの例れいはLispのマクロである。Lispはデータ、コードが全すべてS式しきで表現ひょうげんされるが、マクロによりS式しきが言語げんご処理しょり系けいに解釈かいしゃくされる前まえに別べつなS式しきへと変換へんかんすることができる。これにより例たとえば、

(defstruct point (x 0) (y 0))

という記述きじゅつから

• 構造こうぞう体たい定義ていぎ point型がた
• コンストラクタ make-point (省略しょうりゃく時じの初期しょき値ちは0, 0)
• アクセサ point-x point-y
• 複製ふくせい copy-point
• 述語じゅつご point-p

が自動的じどうてきに生成せいせいされる。

これがメタプログラミングと呼よばれるのは、「自動じどう生成せいせいが言語げんご組くみ込こみの機能きのうではなくLispのマクロによって記述きじゅつされており、必要ひつようなら同様どうようの機構きこうをプログラマが定義ていぎできる」ためである。これは事実じじつ上じょう言語げんご文法ぶんぽうの拡張かくちょうに等ひとしく、非常ひじょうに強力きょうりょくなプログラム能力のうりょくを得えることになる。反面はんめん、マクロは任意にんいの字句じくの置おき換かえが可能かのうであるため、展開てんかいされたコードが言語げんごの文法ぶんぽうから逸脱いつだつする可能かのう性せいがあることを意味いみしている。そのため一般いっぱんに必要ひつようでないメタプログラミングは避さけられるべきとされる。

たとえば、文字もじ列れつを整形せいけいして出力しゅつりょくするformat関数かんすう

(format t "hello,world")

を用もちいた例れいを紹介しょうかいする。LispのS式しきがLispフォームになるためには、「S式しきの最初さいしょの要素ようそは(関数かんすう、マクロ、特殊とくしゅフォーム)のいずれかではならない。」しかし、

(defmacro backwards (expr) (reverse expr))

を定義ていぎすると、以下いかのように書かける:

(backwards ("hello,world" t format))

このことは、Lispのマクロが、上うえのかぎ括弧かっこ「」で括くくった言語げんご仕様しようを変更へんこうし、独自どくじの文法ぶんぽうを作つくり上あげたとも考かんがえられる。しかし、この文法ぶんぽうは、通常つうじょうのLispにおいて期待きたいされるような構成こうせいをしていない「記述きじゅつどおりでない動作どうさを行おこなうプログラム」の一いち例れいであり、コードの可読かどく性せいを損そこなう恐おそれのある不ふ必要ひつようなメタプログラミングである。

メタプログラミングの他ほかの例れいとしてはC++における「テンプレートメタプログラミング」などが挙あげられる。

危険きけん性せい

ただ、メタプログラミングが強力きょうりょくな手段しゅだんである以上いじょう、それに伴ともなう危険きけん性せいも理解りかいしておかねばならない。

次つぎはJavaScriptにおけるメタプログラミングの例れいである。

const add = new Function(..."xy", "return x + y");

add(2, 3); // => 5

この例れいでは、文字もじ列れつから関数かんすうaddを生成せいせいしたうえで、その関数かんすうを利用りようして計算けいさんを行おこなっている。

ただ、このような野放図のほうずな使つかい方かたをすると、Functionコンストラクタに与あたえる引数ひきすうを打うち間あいだ違ちがえただけで破壊はかい的てきかつ致命ちめい的てきな結果けっかを引ひき起おこす場合ばあいがある。

そこでJavaScriptでは、「既存きそんの機能きのうを拡張かくちょうする」ことに注力ちゅうりょくした、

• Proxy
• Reflect

というオブジェクトを提供ていきょうしている。このように、目的もくてきありきの手段しゅだんとして使用しようすることにより、危険きけん性せいを最小限さいしょうげんにまで抑おさえながら強つよみを最大さいだい化かすることができる。

参考さんこう文献ぶんけん

• あんどうやすし「メタプログラミングを学まなぶ」『ハンズオンJavaScript』（初版しょはん）オライリー・ジャパン、東京とうきょう、2020年ねん11月13日にち。ISBN 978-4-87311-922-9。 

関連かんれん項目こうもく

• Common Lisp
• Scheme
• LISP
• REBOL
• クワイン (プログラミング)
• 部分ぶぶん評価ひょうか
• ドメイン固有こゆう言語げんご - メタプログラミングにより構築こうちくすることもできる。